Des chercheurs de l'Université technique de Munich (TUM), en collaboration avec les Universités de Fribourg et Ratisbonne, ont découvert un nouveau moyen biologique de piégeage du dioxyde de carbone. L'organisme unicellulaire marin Ignicoccus hospitalis forme, à partir de CO2, des molécules organiques complexes, grâce à des enzymes très résistantes aux fortes températures qui lui permettent ainsi de survivre dans l'obscurité totale et dans des eaux à plus de 90°C. Les recherches de l'équipe portent sur la mise au point de nouvelles stratégies pour produire, à partir de CO2, des produits intermédiaires pour l'industrie chimique et pharmaceutique. Leur découverte pourrait constituer un pas vers de nouvelles méthodes pour piéger le CO2.
Par la photosynthèse, les végétaux chlorophylliens produisent, à partir de dioxyde de carbone et d'eau, des molécules énergétiques comme des acides aminés ou des sucres. L'énergie nécessaire à ces réactions leur est fournie par la lumière du soleil. Les conditions dans les fonds sous-marins où vivent des archées comme Ignicoccus hospitalis sont tout autres : forte pression, absence de lumière et d'oxygène, eau à plus de 90 degrés. Pourtant, Ignicoccus hospitalis parvient à synthétiser des molécules organiques à partir de CO2, en utilisant de l'hydrogène comme source d'énergie. Ses enzymes et sa membrane cellulaire sont adaptées aux conditions extrêmes.
Lorsque l'homme remue un muscle, une chaîne d'enzymes décompose des molécules riches en énergie (sucres, acides gras) : c'est le cycle de Krebs. Sont alors produits, d'une part, de l'acétyl-coenzyme A (Acétyl-CoA), molécule à haut potentiel énergétique utilisée par les cellules, et du CO2 d'autre part, qui est expiré. Ignicoccus hospitalis réalise la réaction exactement inverse : il utilise un cycle de Krebs modifié, dans lequel l'AcétylCoA reste le principal intermédiaire. Dans une première étape, le CO2 est directement lié à l'AcétylCoA et entre ainsi dans le cycle. Dans un second temps, un deuxième atome de carbone s'ajoute, lui aussi apporté par une molécule de CO2. A la fin du cycle de réactions, Ignicoccus a ainsi construit, à partir du radical acétyl à deux atomes de carbone, une molécule à quatre atomes de carbone, qui est coupée en deux unités d'AcétylCoA. L'une d'entre elles retourne dans le cycle, la seconde constitue un élément riche en énergie à disposition de la cellule pour former des molécules organiques.
Les premières informations concernant les réactions du métabolisme d'Ignicoccus hospitalis ont été acquises par les chercheurs de l'Institut de microbiologie de l'Université de Fribourg. Afin de déterminer à quelle modification les enzymes procèdent au sein de la molécule initiale, les chercheurs de Ratisbonne ont nourri des cultures d'archées avec des éléments dont un atome de carbone était marqué. L'atome de carbone comporte normalement dans son noyau 6 protons et 6 neutrons, sa masse atomique est donc 12. Les scientifiques de la TUM ont, eux, utilisé des atomes de carbone de masse atomique 13, qu'Ignicoccus a incorporés dans les molécules qu'il a synthétisées. Ils ont ainsi pu suivre la manière dont les atomes de carbone se déplacent d'un produit intermédiaire à un autre dans le cadre du métabolisme de l'organisme unicellulaire. Ce suivi leur a notamment été permis par le spectroscope à résonance magnétique de la TUM et a abouti à la mise en lumière de toutes les étapes du cycle de réactions.
